Fluent计算不收敛问题解决方法汇总

1 收敛性判断标准

通常而言，计算不收敛有两种不同问题：

• 数值发散导致Fluent无法继续进行计算
• 虽然数值不发散，但是残差始终在较大数值波动，难以降低

Fluent计算收敛，应满足以下要求：

• 各个项目的迭代残差降低到足够小的数值
• 通量整体是平衡的，例如入口流量和出口流量基本相等

 对于稳态 仿真 还应该有：

• 某些宏观物理量（例如流体作用力）数值基本平稳不波动

Fluent默认的收敛标准为迭代残差达到1e-3（能量方程残差为1e-6），这个标准对于某些问题（例如稳态燃烧）太难以满足，可以不必要求一定达到。

2 不收敛的原因

计算不能收敛，原因有很多，主要因素在于：

• 网格单元质量太差或者数量太少
• 材料属性、边界条件等模型设置有问题  

单元质量太差是一个很常见原因，劣质的单元会导致某些敏感区域数值不稳定。若采用Fluent Meshing，其默认的单元质量标准通常足够。优化单元质量，常用方式包括缩小单元尺寸、采用多面体网格等。对于一些大梯度的区域，若网格数量严重不足，也会导致计算出现不收敛问题。

材料参数、边界条件等涉及物理实际场景的设定，如果设定不合理，也会导致计算不收敛。例如，正确 边界 条件是10℃，因为单位换算疏忽，仿真模型设置为10K，导致计算不收敛。

某些模型数值稳定性不佳（例如欧拉多相流模型），在模型设置更应该注意。

对于瞬态计算，过大的 时间步长 也会引起计算不收敛。

3 原因排查

首先检查单元质量，保证不存在劣质单元。四面体网格可转为多面体网格，有助于收敛。注意网格的密度分布，保证在流动状况复杂的区域有足够多的网格。

如果问题复杂，考虑因素很多，则可采用排除法。例如同时考虑热传导和热辐射的问题，可先关闭热辐射模型，若仅热传导可收敛，再添 加热 辐射模型。

仔细查看 材料属性 、边界条件、热源等模型设定，检查是否存在单位换算、数量级等错误。

对于稳态仿真，首先确定问题是否可用稳态处理。

修改计算算法，可采用COUPLED等更耗资源但是计算更稳定的离散格式。

对于稳态仿真，可采用伪瞬态模式进行求解。对于瞬态仿真，可缩小时间步长以改善收敛性。

另外，减少松弛因子对于某些问题可改善收敛性问题，其代价是增加迭代次数。

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